準噶爾盆地瑪東斜坡區鉆井提速配套技術

辛小亮，李君，翟亞杰，付超勝 (中石油新疆油田分公司勘探事業部，新疆 克拉瑪依 834000)

曾東初 (長江大學石油工程學院，湖北 武漢 430100)

準噶爾盆地瑪東斜坡區整體構造為一西南傾的單斜，局部發育鼻狀構造，儲層巖性主要為砂礫巖、中粗砂巖。礫石多呈次圓狀，分選性差，礫石成分較復雜[1]。隨著勘探開發技術的不斷發展，機械鉆速低，鉆井周期長，井下復雜事故時間長等原因，一直制約著瑪東斜坡區油氣開采的進度。為了加快石油開采的速度，降低鉆井成本，提高經濟效益，國內外專家學者對如何提高鉆井速度的技術方法做了大量的研究[2～5]。結合瑪東斜坡區鉆井地質特點、工程難點以及鄰井實鉆情況等分析，摸索出了適合瑪東斜坡區鉆井提速配套技術。通過優選高效的PDC鉆頭，優選防漏堵漏鉆井液體系，改進常規的扭力沖擊器，提出了適合該地區特殊的輔助提速工具——多維扭力沖擊器，使鉆進速度更快，鉆井周期更短。

1 鉆井提速的難點分析

1.1 地層可鉆性差、易井漏

白堊系及以上部地層可鉆性較好，進入克拉瑪依組地層由于巖性突變，含礫石層增多增厚，在鉆進過程中容易使得鉆時變慢。但進入侏羅系八道灣組砂礫巖對PDC鉆頭磨損較嚴重，在八道灣地層承壓能力低，夾層較多，有大段多段煤層出現，在鉆進時容易出現井漏。

1.2 巖性復雜

白堿灘組地層含大段泥巖，容易吸水膨脹；三疊系百口泉組儲層巖性主要為砂礫巖、中粗砂巖。礫石多呈次圓狀，分選性差，礫石成分較復雜；黏土礦物主要由伊-蒙混層、綠泥石、高嶺石和伊利石組成。目的層可能具有一定的弱水敏和速敏。因此在鉆井過程中，會影響井壁的穩定性。同時，該儲層砂礫巖發育，不利于PDC鉆頭鉆進，機械鉆速低，PDC鉆頭選型困難。

1.3 壓力系統復雜

根據鉆井及測井等相關數據分析，瑪東斜坡區三疊系白堿灘組以上地層不存在壓力異常，從白堿灘組及以下地層普遍存在異常高壓，抗壓強度低，地層承壓能力低，在鉆進過程中容易發生井漏。白堿灘組與下烏爾禾組壓力系數相差大，高密度泥漿易造成上部層段井漏。根據對地層的巖性、產狀等特征的分析，三疊系及以下地層易發生縮徑、垮塌。

2 鉆井提速配套技術

2.1 優選高效PDC鉆頭

圖1 單只鉆頭進尺和機械鉆速

圖2 瑪東斜坡區八道灣組機械鉆速對比

侏羅系八道灣組含礫石，可鉆性差，對PDC鉆頭損傷極大，進入八道灣組后機械鉆速明顯變慢，一般的PDC鉆頭無法穿過礫石層。因此，在快速鉆進過程中，針對如何提高機械鉆速，減少因鉆頭問題的起下鉆這一難題，實時分析現場情況，不斷進行工藝參數的優化。根據該地區單只鉆頭進尺和機械鉆速(圖1) ，經過優選得到了適合八道灣組的高效PDC鉆頭SF56H3、SF55H3。通過測試，5刀翼19mm主切削齒、“H3”系列切削齒，具有優異的抗沖擊性和抗研磨性；水眼的優化布局，有利于鉆頭冷卻和巖屑排出。

通過優選鉆頭，優化參數，成功地使用高效PDC鉆頭鉆穿礫石層，大大節約了鉆頭成本，而且減少了起下鉆時間，縮短了鉆井周期。達14井使用高研磨性、強攻性、雙排齒的SF56DH3鉆頭，首次成功使用PDC鉆頭穿越八道灣組底礫巖。如圖2所示，利用優選的高效PDC鉆頭，減少了提下鉆時間，提高了行程鉆速，在該地區使用效果明顯。達15井在八道灣組鉆進的機械鉆速達到5.09m/h，較往年達13井提速70%，為該區塊最快，用56d打到完鉆井深，創區塊新指標。

2.2 多維扭力沖擊器工具提速技術

在鉆進過程中，PDC鉆頭主要是依靠鉆頭上的齒輪對巖石進行剪切破壞。當鉆遇到比較硬的地層時，PDC鉆頭容易出現憋壓卡停，導致不能繼續鉆進，從而延長了鉆井周期[6～8]。利用多維扭力沖擊器并配合PDC鉆頭使用，能夠增加PDC鉆頭切削齒吃入地層深度和巖石的破碎速度,抑制或緩解PDC鉆頭在破巖過程中粘滑現象，延長鉆頭使用壽命，增加鉆頭進尺，縮短鉆井周期[9]。圖3是多維扭力沖擊器的結構示意圖，該裝置分別由自激振蕩器、射流加旋裝置以及沖擊傳遞桿等幾部分組成。其工作原理是由自激振蕩器和射流加旋裝置形成的旋轉脈沖射流，能夠產生有效的扭轉沖擊作用，同時與軸向脈沖射流產生的軸向沖擊聯合作用，達到多維沖擊的效果。其軸向沖擊力可以達到25～42kN，扭轉沖擊力可以達到1.2～2.7kN，沖擊頻率達到600Hz，可以在礫巖儲層中得到很好的利用，有效地提高了機械鉆速。

圖3 多維扭力沖擊器的結構示意圖

圖4 瑪東斜坡區二開單只鉆頭進尺與平均機械鉆速對比圖

多維扭力沖擊器可以與普通PDC鉆頭配合使用，也可以和螺桿鉆具配合使用。利用多維扭力沖擊器提速工具配合PDC鉆頭鉆進，可以減少鉆頭泥包，提高鉆頭的破巖效率，使得提速效果非常明顯。圖4是瑪東斜坡區二開單只鉆頭進尺與平均機械鉆速對比圖，達15井在二開段采用多維扭力沖擊器提速工具+DBS鉆頭，提速效果顯著，平均機械鉆速最高達到11.3m/h。

表1列出瑪東斜坡區三開進度相近井的鉆頭工具使用數據?，斨?井、達12井、達14井、達15井在三疊系白堿灘組(T3b)地層使用多維扭力沖擊器提速工具+DBS鉆頭，與達13井不用提速工具相比較，提速效果明顯?，斨?井、達12井、達15井進入克拉瑪依上亞組(T2k2)段在使用多維扭沖工具后機械鉆速提高明顯，而達14井不使用多維扭力沖擊器，在進入克拉瑪依上亞組(T2k2)、克拉瑪依下亞組(T2k1)段機械鉆速明顯較低。

2.3 鉆井液體系優化

瑪東斜坡區是新疆油田重點勘探領域。通過對該地區已鉆井的施工情況分析，二開段容易發生井漏，施工中需要嚴格控制鉆井液密度，常規的鉆井液體系已不能滿足油田現場的施工要求。目前新疆油田主要采用抑制性較強的鉀鈣基聚磺鉆井液體系[10]，其鉆井液體系的主要配方為：4%膨潤土+0.2%Na2CO3+9%KCl+0.5%NaOH+0.8%降濾失劑 SP-8+0.7%復配銨鹽+0.8%包被劑FA-367+2%磺化酚醛樹脂SMP-1+1.5%褐煤樹脂SPNH+3%～5%磺化瀝青干粉(陽離子乳化瀝青)+1%低熒光潤滑劑+2%隨鉆堵漏劑+0.5%CaO+2%超微細碳酸鈣QCX-1+1%封堵劑WC-1+重晶石(配方中的百分數為質量分數)。采用該鉆井液體系能夠更好地預防井漏，鉆進中以SP-8、NPAN降低鉆井液濾失量，包被劑PMHA-2配合KCl、CaO提高鉆井液的包被抑制能力，陽離子乳化瀝青、SMP-1、SPNH改善鉆井液泥餅質量，低熒光潤滑劑提高鉆井液的潤滑能力。一方面加足KCl，保持合理的Ca2+質量分數，提高鉆井液抑制性，減弱巖層的水化分散；另一方面使用大、中分子聚合物復配抗高溫樹脂類材料，嚴格控制鉆井液高溫高壓濾失量，同時加入乳化瀝青、超細碳酸鈣及其他封堵材料，強化防塌性能。表2是瑪東斜坡區4口井鉆井液的性能參數。通過對該4口井鉆井液性能參數的分析，鉆井液各項性能均能滿足井下需要，井眼穩定，無事故復雜，為安全快速鉆井提供了良好的保障。

表1 三開T3b、T2k2、T2k1地層鉆頭工具使用數據表

表2 瑪東斜坡區幾口井鉆井液性能參數

3 現場應用

表3 瑪東斜坡區主要鉆井指標對比

根據瑪東斜坡區地質條件和鉆井特點，通過優選個性化鉆頭，改進鉆井液體系配方，使用輔助提速工具等技術措施的實施，自進行瑪東斜坡區鉆井提速攻關以來，瑪東斜坡區共有16口井應用了提速配套技術，各井的技術指標均大幅度提高，平均工期較設計提前10d，比鄰井工期提前了34d；平均機械鉆速由原來的4.02m/h提高到5.92m/h，提高了48%。該區塊已經摸索出了一套具有較強適用性的鉆頭序列，初步形成了瑪東斜坡區配套的鉆井提速技術。表3是準噶爾盆地瑪東斜坡區近3年主要鉆井指標的對比。通過對比分析可以看出，鉆井周期、機械鉆速等鉆井技術指標都優于攻關前，提速效果較為顯著。

4 結論

1)通過對工藝參數的不斷優化，優選個性化的鉆頭，首次成功使用高效PDC鉆頭穿越八道灣組底礫巖。達15井八道灣組鉆進機械鉆速達到5.09m/h，全井使用鉆頭6只，全井PDC鉆頭占有率達60%。

2)采用抑制性較強的鉀鈣基聚磺鉆井液體系在瑪東斜坡區的應用，通過控制鉆井液的密度、濾失量、pH值等，使其具有良好的攜帶巖屑、支撐井壁的作用，實現了安全快速的鉆井，能更好地預防井漏，有效地保護了油氣層，從而保證安全鉆進。

3)瑪東斜坡區采用多維扭沖+PDC鉆頭，在三疊系提速效果明顯，其中達15井在采用提速工具后機械鉆速達到5.28m/h。

4)瑪東斜坡區共有16口井應用了提速配套技術，各井的技術指標均大幅提高，平均工期較設計提前10d，比鄰井工期提前了34d；機械鉆速由鄰井的4.02m/h提高到5.92m/h。通過對現場提速工藝技術的研究，初步形成了適應瑪東地區配套的鉆井提速技術。

[參考文獻]

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